第五章 連桿設(shè)計

1、第五章 連桿組設(shè)計51 連桿的工作條件與設(shè)計要求一、工作條件通常的損壞形式為疲勞斷裂。四沖程發(fā)動機的連桿既受拉又受壓；二沖程發(fā)動機總是受壓。連桿桿身受到擺動慣性力的力矩作用，桿身剛度不夠時易失穩(wěn)。連桿大頭剛性不足會影響連桿軸承的正常工作。二、設(shè)計要求：1、保證連桿有足夠的疲勞強度；2、保證連桿有足夠的剛度，特別應(yīng)避免連桿大小頭孔的變形過大，以保證連桿軸承與襯套工作可靠，并力求減小給連桿螺栓增加附加的彎曲應(yīng)力；3、質(zhì)量盡可能??； 4、保證連桿大小端軸承、襯套工作可靠，有足夠的的耐磨性和疲勞強度，以適應(yīng)柴油機強載度增大和降低維護費用、延長檢修期的要求。 為此連桿材料要求有較好的綜合機械性能（包括強

2、度極限、疲勞極限、沖擊韌性、延伸率及斷面收縮率）、良好的工藝性。為此還需適當(dāng)?shù)臒崽幚淼却胧┻M行強化。一般強載度用優(yōu)質(zhì)中碳鋼（35，45），中等強載度用40Cr，高強載度用35CrMo、42CrMo等優(yōu)質(zhì)高強度合金鋼。52 連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計一、連桿小頭 柴油機柴油機 汽油機汽油機d1= (0.350.38)Dd1= (0.250.30)DB1=(0.951.05)d1B1=(1.21.4)d1d=(1.11.25)d1d=(1.051.15)d1二、連桿桿身 1、 桿身截面形式截面慣性矩2、連桿長度連桿長度的確定的原則：保證發(fā)動機結(jié)構(gòu)緊湊和輕量化，根據(jù)發(fā)動機整體布置，保證連桿在運動時不與其它機件相碰

3、的條件下具有最短長度。衡量參數(shù)為=r/l，大致范圍：1/3.21/3.8。估算如下：滿足平衡塊不碰活塞時：11112(2 )dlS滿足曲拐不碰活塞時：22112(2 )dlS滿足連桿不碰缸孔下緣時：23210.051.05SlDSh比較上述各式，取最大的值短行程發(fā)動機連桿長度的確定短行程發(fā)動機連桿長度按下式計算：(12 )2()12DS DV型發(fā)動機的連桿大頭型式有三種，如圖所示： 并列式叉騎式主副式（關(guān)節(jié)式）三、連桿大頭有兩種型式：平切口、斜切口如右圖所示，高速內(nèi)燃機要求能將活塞與連桿一起從氣缸中取出，因此要求為滿足此要求，對于直開口連桿大頭，允許的曲軸連桿軸頸直徑D2為超出此范圍則必須采用

4、斜開口。DD)72. 065. 0(220122()BDtdD采用斜切口后帶來兩個問題：螺栓受剪切、連桿大頭因結(jié)構(gòu)不對稱而導(dǎo)致剛性不均勻。為解決第一個問題，要采用如圖所示的定位措施： 第二個問題如圖所示，由于結(jié)構(gòu)不對稱，剛度不等，應(yīng)力分布不同。如圖所示為某斜切口連桿的應(yīng)力分布及曾經(jīng)出現(xiàn)裂紋的部位：圖中是首先出現(xiàn)裂紋的部位，原因是此處應(yīng)力較大，且有螺栓載荷及螺紋應(yīng)力集中，造成疲勞斷裂；、是由于連桿受拉時在該處有彎矩及小圓角過渡的應(yīng)力集中引起；、為大端彎曲應(yīng)力所致。這些問題只能通過改進設(shè)計來解決。發(fā)動機連桿制造最新技術(shù)斷裂分形連桿傳統(tǒng)的連桿大頭剖分面及連桿螺栓傳統(tǒng)的連桿大頭剖分面的缺點： 為了保證

5、連桿與連桿蓋的徑向定位，在連桿和連桿蓋上加工了凹凸槽。凹凸槽之間為空間配合，尺寸公差要求非常嚴(yán)格，不僅加工要求高，裝拆也很困難。同時，因凹凸槽存在加工及裝配誤差，使連桿與連桿蓋結(jié)合面減小，工作中結(jié)合面應(yīng)變增加，必然導(dǎo)致連桿大頭孔失圓，影響油膜及連桿瓦的可靠性。盡管如此，凹凸槽也僅能解決連桿與連桿蓋的徑向定位問題，軸向定位還需要連桿螺栓來完成 為簡化連桿加工，從材料斷裂力學(xué)原理中得到啟發(fā)，美國和德國于80年代末分別發(fā)明了連桿分離面裂斷加工技術(shù)，并很快應(yīng)用于轎車粉末燒結(jié)材料連桿上。隨著非調(diào)質(zhì)高碳鋼的問世，國外裂斷技術(shù)的應(yīng)用也由最初的轎車連桿逐漸發(fā)展到卡車連桿，應(yīng)用范圍越來越廣泛。隨著一汽大眾和上海

6、大眾的產(chǎn)品引進，裂斷技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品在我國也得到應(yīng)用 中碳鋼拉伸斷面形貌 球墨鑄鐵件拉伸斷面形貌斷裂分形工藝要求：1、材料在滿足強度條件下，延伸率盡可能低 ，適合的材料如粉末冶金、非調(diào)質(zhì)中高碳鋼、球墨鑄鐵等2、結(jié)構(gòu)上應(yīng)保證預(yù)設(shè)分形面處截面最小，螺栓孔外側(cè)不允許加工，以保證分形面質(zhì)量3、為保證斷面的很好復(fù)合，應(yīng)施加正應(yīng)力，并在連桿初加工后預(yù)制應(yīng)力槽斷裂分形面連桿大頭及連桿螺栓 斷裂分形連桿總成 斷裂分形連桿的優(yōu)越性：1、減少了機加工工序（約3040%）、減少工、夾具數(shù)量（約30%），降低生產(chǎn)成本（約1520%）優(yōu)化了連桿結(jié)構(gòu)和結(jié)合面定位、加工工藝流程。2、提高了連桿與連桿蓋的定位精度與裝配質(zhì)量3、

7、提高了連桿的承載能力、抗剪能力和疲勞安全系數(shù)目前存在的主要問題： 只有少數(shù)材料可以采用斷裂分形工藝，采用常用材料實現(xiàn)連桿斷裂分形尚需進一步研究。53 連桿強度計算連桿強度計算包括連桿桿身、大小頭端部等幾個部位的計算，目的是求出受交變載荷下各部位的應(yīng)力值，作疲勞強度校核，得出安全系數(shù)。采用有限元法計算時，可以進行優(yōu)化設(shè)計。如圖所示為四沖程機連桿的受力簡圖。（1）受拉時桿身的最大拉力可從PC圖上找到（負的最大值）；小頭載荷為活塞在上止點時的最大慣性力，并要與小頭襯套過盈配合的壓緊力（均布）合成；大頭載荷為活塞上止點最大慣性力與連桿大端離心慣性力之和，并與連桿軸承壓緊力（均布）合成。（2）連桿受壓時

8、連桿為壓桿，桿身的最大壓力為PC圖上找到的最大值，計算桿身應(yīng)力時，還要考慮桿身的附加縱向彎曲應(yīng)力，因支承方式不同，此應(yīng)力在擺動平面以及擺動平面的垂直平面內(nèi)各不相同；小頭載荷為氣缸內(nèi)最大爆發(fā)壓力與活塞組的慣性力的合力（兩者方向相反），并考慮小頭襯套過盈配合的壓緊力（均布）；大頭載荷為PC圖上找到的最大值與連桿大頭離心慣性力的合力（兩者方向相反），并考慮連桿軸承壓緊力（均布）。 最后根據(jù)不同受力情況求出應(yīng)力、應(yīng)力幅，最后得到各部位的安全系數(shù)。 第三節(jié)第三節(jié) 連桿螺栓設(shè)計連桿螺栓設(shè)計一、連桿螺栓的工作負荷和預(yù)緊力一、連桿螺栓的工作負荷和預(yù)緊力二、螺拴疲勞強度和防松性能的提離二、螺拴疲勞強度和防松性能

9、的提離用扭矩法間接控制預(yù)緊力。用扭矩法間接控制預(yù)緊力。二次擰緊法二次擰緊法檢測螺栓伸長量檢測螺栓伸長量塑性域緊固法塑性域緊固法該法的優(yōu)越性由圖該法的優(yōu)越性由圖816顯而易見。將螺拴顯而易見。將螺拴緊固到屈服點，可使所需的預(yù)緊力受摩擦系數(shù)的緊固到屈服點，可使所需的預(yù)緊力受摩擦系數(shù)的影響減小。屈服點的離散依從于螺栓強度的離散，影響減小。屈服點的離散依從于螺栓強度的離散，其值很小，所以可實現(xiàn)高精度的緊固。其值很小，所以可實現(xiàn)高精度的緊固。 三、提高連桿螺栓疲勞強度的措施：三、提高連桿螺栓疲勞強度的措施：11、減少螺栓承受的變動負荷。、減少螺栓承受的變動負荷。1）、提高連桿大頭的剛度。）、提高連桿大頭的剛度。2）、采用柔性螺栓，降低螺栓剛度。）、采用柔性螺栓，降低螺栓剛度。2、盡量減少應(yīng)力集中。、盡量減少應(yīng)力集中。圓角處，螺紋根部，尾部，光潔度。圓角處，螺紋根部，尾部，光潔度。3、減少附加的彎